مقطع السكة الحديدية
المقطع العرضي للسكك الحديدية هو الشكل المقطعي للسكك الحديدية كما تم تركيبها على خط سكة حديدية، عموديًا على طولها.
كانت القضبان القديمة تُصنع من الخشب أو الحديد الزهر أو الحديد المطاوع. أما القضبان الحديثة فهي مصنوعة من الفولاذ المدلفن على الساخن، ولها مقطع عرضي (بروفايل) يُشبه عارضة I ، ولكنه غير متماثل حول محور أفقي (انظر القضيب المُخدد أدناه). يُصمم رأس القضيب بشكل يُقاوم التآكل ويُوفر حركة سلسة، بينما يُصمم قاعدته لتناسب نظام التثبيت.
على عكس بعض الاستخدامات الأخرى للحديد والصلب، تتعرض قضبان السكك الحديدية لإجهادات عالية جدًا، وهي مصنوعة من فولاذ عالي الجودة. استغرق تحسين جودة المواد عقودًا طويلة، بما في ذلك التحول من الحديد إلى الفولاذ. قد تؤدي عيوب طفيفة في الفولاذ، والتي قد لا تُسبب أي مشاكل في تطبيقات أخرى، إلى كسر القضبان وخروج القطارات عن مسارها بشكل خطير عند استخدامها على خطوط السكك الحديدية.
بشكل عام، كلما كانت القضبان وبقية أعمال السكة الحديدية أثقل، كلما كان بإمكان هذه المسارات حمل قطارات أثقل وأسرع.
تُمثل القضبان جزءًا كبيرًا من تكلفة خط السكة الحديدية. ونظرًا لأن مصانع الصلب لا تُنتج سوى عدد محدود من أحجام القضبان في وقت واحد، يتعين على خط السكة الحديدية اختيار أقرب حجم مناسب. غالبًا ما تُستصلح القضبان الثقيلة البالية من الخط الرئيسي وتُعاد تهيئتها للاستخدام في خط فرعي أو خط جانبي أو ساحة تخزين .
تاريخ
كانت القضبان الخشبية هي الأقدم استخدامًا في مسارات العربات التي تجرها الخيول . [ 1 ] في ستينيات القرن الثامن عشر، تم إدخال قضبان حديدية مُدعّمة بشرائح رقيقة من الحديد الزهر مثبتة على الجزء العلوي من القضبان الخشبية، مما زاد من متانتها. [ 2 ] كانت كل من القضبان الخشبية والحديدية المُدعّمة رخيصة نسبيًا، لكنها لم تكن قادرة على تحمل سوى وزن محدود. في بعض الأحيان، كانت الشرائح المعدنية للقضبان الحديدية المُدعّمة تنفصل عن القاعدة الخشبية وتخترق أرضية العربات العلوية، مُشكّلةً ما يُعرف بـ"رأس الأفعى". تجاوزت تكاليف الصيانة طويلة الأجل التوفير الأولي في تكاليف الإنشاء. [ 3 ] [ 2 ]
أدخل بنيامين أوترام، من شركة بي. أوترام وشركاه (التي أصبحت لاحقًا شركة باترلي في ريبلي)، قضبان الحديد الزهر ذات الحواف العمودية. تميزت العربات التي تسير على هذه القضبان المسطحة بسطحها المستوي. فضل شريك أوترام، ويليام جيسوب، استخدام " قضبان الحافة " حيث كانت العجلات ذات حواف ورؤوس القضبان مسطحة - وقد أثبت هذا التصميم تفوقه على القضبان المسطحة. صُنعت أولى قضبان الحافة (المقوسة) لجيسوب (ذات الشكل البيضاوي) بواسطة شركة باترلي . [ 4 ]
كانت أولى هذه القضبان المستخدمة على نطاق واسع عبارة عن قضبان قصيرة من الحديد الزهر ، تُعرف باسم "قضبان بطن السمكة " نسبةً إلى شكلها. كانت القضبان المصنوعة من الحديد الزهر هشة وسهلة الكسر، ولم يكن بالإمكان تصنيعها إلا بأطوال قصيرة، مما أدى سريعًا إلى عدم استواء المسار. مع تحسن تقنيات الدرفلة، أدخلت براءة اختراع جون بيركينشو لعام 1820 [ 5 ] الحديد المطاوع بأطوال أطول، ليحل محل الحديد الزهر، وساهمت بشكل كبير في النمو الهائل للسكك الحديدية في الفترة من 1825 إلى 1840. تفاوت المقطع العرضي بشكل كبير من خط إلى آخر، ولكنه كان من ثلاثة أنواع أساسية، كما هو موضح في الرسم التخطيطي. أما المقطع العرضي المتوازي الذي تطور في السنوات اللاحقة، فقد عُرف باسم "رأس الثور" .
في غضون ذلك، في مايو 1831، وصل أول قضيب سكة حديدية على شكل حرف T (يُسمى أيضًا مقطع T) إلى أمريكا من بريطانيا، وقامت شركة كامدن وأمبوي للسكك الحديدية بتركيبه في خط سكة حديد بنسلفانيا . كما استخدمه تشارلز فينيولز في بريطانيا.
صُنعت أولى قضبان السكك الحديدية الفولاذية عام 1857 على يد روبرت فورستر موشيت ، الذي قام بوضعها في محطة ديربي في إنجلترا. [ 6 ] الفولاذ مادة أقوى بكثير، وقد حلت تدريجياً محل الحديد في استخدام قضبان السكك الحديدية، مما سمح بلف قضبان أطول بكثير.
حددت الجمعية الأمريكية لهندسة السكك الحديدية (AREA) والجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) نسب الكربون والمنغنيز والسيليكون والفوسفور في قضبان السكك الحديدية الفولاذية. تزداد قوة الشد مع زيادة نسبة الكربون، بينما تقلّ الليونة. وقد حددت كلتا الجمعيتين نسبة كربون تتراوح بين 0.55 و0.77% في القضبان التي يتراوح وزنها بين 70 و90 رطلاً/ياردة (34.7 إلى 44.6 كجم/م) ، وبين 0.67 و0.80% في القضبان التي يتراوح وزنها بين 90 و120 رطلاً/ياردة (44.6 إلى 59.5 كجم/م) ، وبين 0.69 و0.82% في القضبان الأثقل. أما المنغنيز، فيزيد من قوة القضبان ومقاومتها للتآكل. وقد حددت الجمعيتان نسبة منغنيز تتراوح بين 0.6 و0.9% في القضبان التي يتراوح وزنها بين 70 و90 رطلاً/ياردة، وبين 0.7 و1% في القضبان الأثقل. يتأكسد السيليكون بشكل تفضيلي بواسطة الأكسجين، ويُضاف للحد من تكوّن أكاسيد المعادن المُضعفة في عمليات دلفنة وصب قضبان السكك الحديدية. [ 7 ] حددت كل من AREA وASTM نسبة سيليكون تتراوح بين 0.1 و0.23%. يُعدّ كل من الفوسفور والكبريت من الشوائب التي تُسبب هشاشة قضبان السكك الحديدية وانخفاض مقاومتها للصدمات. حددت كل من AREA وASTM الحد الأقصى لتركيز الفوسفور بنسبة 0.04%. [ 8 ]
بدأ استخدام المسارات الملحومة بدلاً من المسارات الموصولة في حوالي الأربعينيات من القرن العشرين، وأصبح منتشراً على نطاق واسع بحلول الستينيات.
الأنواع
قضيب حزام
كانت القضبان الأولى عبارة عن قطع من الخشب. ولمقاومة التآكل، وُضع شريط حديدي رفيع فوق القضيب الخشبي. وقد وفّر هذا المال لأن الخشب كان أرخص من المعدن. إلا أن النظام كان يعاني من عيب يتمثل في أن مرور عجلات القطار كان يتسبب بين الحين والآخر في انفصال الشريط عن الخشب. وقد أبلغ ريتشارد تريفيتيك عن هذه المشكلة لأول مرة عام 1802. وأدى استخدام قضبان الأشرطة في الولايات المتحدة (على سبيل المثال في سكة حديد ألباني وسكنكتادي حوالي عام 1837) إلى تعرض الركاب لخطر "رؤوس الأفاعي" عندما كانت الأشرطة تلتف وتخترق العربات. [ 2 ]
أثر
كان السكة على شكل حرف T تطوراً للسكة الشريطية، حيث كان مقطعها العرضي على شكل حرف T ناتجاً عن توسيع الجزء العلوي من الشريط ليشكل رأساً. لم يدم هذا النوع من السكك طويلاً، إذ تم التخلي عنه تدريجياً في أمريكا بحلول عام 1855. [ 9 ]
سكة ألواح
كانت قضبان السكك الحديدية المسطحة نوعًا مبكرًا من القضبان، وتتميز بمقطع عرضي على شكل حرف "L" حيث تُثبّت الحافة عجلةً غير مزودة بحافة على السكة. شهدت القضبان المزودة بحافة انتعاشًا طفيفًا في خمسينيات القرن الماضي، كقضبان توجيه ، مع مترو باريس ( مترو الإطارات المطاطية أو مترو سور بنوز بالفرنسية )، ومؤخرًا كحافلات موجهة . في مسار الحافلات الموجهة في كامبريدجشير، تتكون السكة من عارضة خرسانية بسمك 350 مم (14 بوصة) وحافة بارزة 180 مم (7.1 بوصة) لتشكيل الحافة. تسير الحافلات على عجلات طريق عادية مع عجلات توجيه جانبية ترتكز على الحواف. تُوجّه الحافلات بشكل طبيعي عند خروجها من مسار الحافلات، على غرار عربات القرن الثامن عشر التي كان يُمكن مناورتها حول مداخل المناجم قبل الانضمام إلى السكة للرحلة الطويلة.
درابزين الجسر
سكة الجسر هي سكة ذات مقطع عرضي على شكل حرف U مقلوب. يتميز شكلها البسيط بسهولة تصنيعها، وقد شاع استخدامها قبل أن تصبح المقاطع الأكثر تعقيدًا رخيصة بما يكفي لإنتاجها بكميات كبيرة. وقد استُخدمت بشكل ملحوظ في سكة حديد غريت ويسترن ذات المقياس 7 أقدام وربع بوصة ( 2140 مم ) ، والتي صممها إيزامبارد كينغدوم برونيل .
سكة بارلو
تم اختراع سكة بارلو بواسطة ويليام هنري بارلو في عام 1849. وقد تم تصميمها ليتم وضعها مباشرة على الحصى ، ولكن عدم وجود عوارض (روابط) يعني أنه كان من الصعب الحفاظ عليها في المقياس.
سكة حديدية ذات قاعدة مسطحة
يُعدّ القضيب ذو القاعدة المسطحة هو الشكل السائد للقضبان المستخدمة في جميع أنحاء العالم.
سكة حديدية على شكل حرف T ذات حواف
يُطلق على قضبان السكك الحديدية ذات القاعدة المسطحة في أمريكا الشمالية اسم " قضبان T ذات الحواف" أو "قضبان المقطع T". وقد رأى الكولونيل روبرت ل. ستيفنز ، رئيس سكة حديد كامدن وأمبوي ، أن قضبان الحديد المطاوع ستكون أفضل من القضبان الخشبية ذات الأشرطة الحديدية المستخدمة في جميع خطوط السكك الحديدية الأمريكية. ونظرًا لعدم وجود مصانع للصلب في أمريكا الشمالية قادرة على إنتاج أطوال كبيرة من هذه القضبان، أبحر إلى المملكة المتحدة، التي كانت آنذاك المكان الوحيد الذي يُمكن فيه إنتاج قضبان T ذات الحواف. في مايو 1831، وصلت أول 500 قضيب، طول كل منها 4.6 متر (15 قدمًا ) ووزنها 17.9 كيلوغرامًا/متر (36 رطلاً) إلى فيلادلفيا ، وتم تثبيتها على عوارض السكك الحديدية ، مما مثّل أول استخدام لقضبان T ذات الحواف في الولايات المتحدة. وسرعان ما أصبحت قضبان T ذات الحواف هي النمط القياسي الذي اعتمدته جميع خطوط السكك الحديدية الأمريكية.
اخترع الكولونيل ستيفنز أيضًا المسمار المعقوف لتثبيت السكة الحديدية بالعارضة. وفي عام 1860، تم تقديم المسمار اللولبي في فرنسا حيث شاع استخدامه. [ 10 ] وتُعد المسامير اللولبية أكثر أنواع المسامير شيوعًا في العالم في القرن الحادي والعشرين.
سكة ذات قاعدة مسطحة
يُعدّ سكك فينيول اسمًا شائعًا للسكك الحديدية ذات القاعدة المسطحة، نسبةً إلى المهندس تشارلز فينيول الذي أدخلها إلى بريطانيا . لاحظ تشارلز فينيول تآكلًا في قضبان الحديد المطاوع وكراسي الحديد الزهر المثبتة على كتل حجرية - وهو النظام الأكثر شيوعًا في ذلك الوقت. في عام 1836، أوصى باستخدام السكك الحديدية ذات القاعدة المسطحة لشركة سكك حديد لندن وكرويدون ، التي كان يعمل بها مهندسًا استشاريًا. تميزت سككه الأصلية بمقطع عرضي أصغر من سكك ستيفنز، وقاعدة أعرض من السكك الحديثة، مثبتة بمسامير تخترق القاعدة. ومن بين الخطوط الأخرى التي اعتمدتها: خط هال وسيلبي ، وخط نيوكاسل ونورث شيلدز ، وشركة مانشستر وبولتون وبوري للملاحة والسكك الحديدية. [ 11 ]
في المملكة المتحدة، عندما أصبح من الممكن حفظ العوارض الخشبية باستخدام كلوريد الزئبق (عملية تُسمى التَكَيِّن ) والكريوزوت ، نتجت رحلة أكثر ثباتًا وهدوءًا مقارنةً باستخدام الكتل الحجرية. كانت القضبان تُثبَّت مباشرةً على العوارض باستخدام مسامير خاصة . انتشر استخدامها، واسم فينيول، في جميع أنحاء العالم. مع ذلك، فضّلت شركات السكك الحديدية البريطانية بشدة قضبان "بولهيد"، المثبتة بمفاتيح خشبية في قواعد من الحديد الزهر، حتى سبعينيات القرن العشرين.
تُعدّ نقطة اتصال طرفي سكتين حديديتين أضعف جزء في خط السكة الحديدية. كانت السكك الحديدية الأولى تُربط بواسطة وصلة بسيطة أو قضيب معدني يُثبّت بمسامير عبر جسم السكة. وقد طُوّرت طرق أكثر متانة لربط السكتين. عند وضع كمية كافية من المعدن في وصلة السكة، تصبح الوصلة قوية تقريبًا مثل باقي طول السكة. ويمكن التخلص من الضوضاء الناتجة عن مرور القطارات فوق وصلات السكك، والتي تُعرف باسم "صوت طقطقة السكة الحديدية"، عن طريق لحام أجزاء السكة معًا. تتميز السكة الملحومة بشكل متواصل بسطح علوي موحد حتى عند الوصلات.
سكة حديدية مزدوجة الرأس
في أواخر ثلاثينيات القرن التاسع عشر، استخدمت خطوط السكك الحديدية البريطانية مجموعة متنوعة من أنماط القضبان. وكان خط سكة حديد لندن وبرمنغهام ، الذي قدم جائزة لأفضل تصميم، من أوائل الخطوط التي استخدمت القضبان ذات الرأسين، حيث كان رأس وقاعدة القضيب متطابقين في الشكل. وكانت هذه القضبان مدعومة بكراسي مثبتة على العوارض الخشبية. [ 12 ]
كانت ميزة القضبان ذات الرأسين أنه عند تآكل رأس القضيب، يمكن قلبه وإعادة استخدامه. في عام ١٨٣٥، أعرب بيتر بارلو من سكة حديد لندن وبرمنغهام عن قلقه من عدم نجاح هذه الطريقة لأن الكرسي الداعم سيُحدث انبعاجات في السطح السفلي للقضيب، مما يجعله غير مناسب كسطح تشغيل. على الرغم من أن سكة حديد غريت نورثرن واجهت هذه المشكلة، فقد استُخدمت القضبان ذات الرأسين بنجاح من قِبل سكة حديد لندن والجنوب الغربي ، وسكة حديد الشمال الشرقي ، وسكة حديد لندن وبرايتون والساحل الجنوبي ، وسكة حديد الجنوب الشرقي . استمر استخدام القضبان ذات الرأسين على نطاق واسع في بريطانيا حتى الحرب العالمية الأولى . [ ١٢ ]
سكة حديدية على شكل رأس الثور
طُوِّرَ سكة حديد بولهيد من سكة حديد مزدوجة الرأس. يختلف شكل رأس السكة عن شكل قاعدتها. ولأنها غير متناظرة، لم يكن من الممكن عكس سكة بولهيد واستخدام قاعدتها كرأس. كانت هذه الطريقة مكلفة في مدّ السكك الحديدية، إذ كانت تتطلب كراسي حديدية ثقيلة لدعم السكة، التي كانت تُثبَّت في الكراسي بواسطة أوتاد خشبية (ثم فولاذية لاحقًا) أو "مفاتيح"، الأمر الذي كان يستلزم صيانة دورية.
كانت قضبان السكك الحديدية ذات القاعدة العريضة (Bullhead) هي المعيار المعتمد في نظام السكك الحديدية البريطاني من منتصف القرن التاسع عشر حتى منتصف القرن العشرين. في عام ١٩٥٤، استُخدمت هذه القضبان على ٧٢٣ كيلومترًا (٤٤٩ ميلًا) من المسارات الجديدة، بينما استُخدمت القضبان ذات القاعدة المسطحة على ١٤٨٥ كيلومترًا (٩٢٣ ميلًا) . [ ١٣ ] كان أحد أوائل المعايير البريطانية ، وهو المعيار BS 9، خاصًا بقضبان السكك الحديدية ذات القاعدة العريضة، وقد نُشر لأول مرة عام ١٩٠٥، ثم نُقّح عام ١٩٢٤. أُطلق على القضبان المصنّعة وفقًا لمعيار ١٩٠٥ اسم "OBS" (الأصلية)، وعلى تلك المصنّعة وفقًا لمعيار ١٩٢٤ اسم "RBS" (المنقّحة). [ ١٤ ]
استُبدلت قضبان السكك الحديدية ذات القاعدة المسطحة بشكل شبه كامل بقضبان ذات قاعدة مسطحة في شبكة السكك الحديدية البريطانية، على الرغم من بقائها في بعض الخطوط الفرعية والمسارات الجانبية . كما يمكن العثور عليها في خطوط السكك الحديدية التراثية ، وذلك رغبةً في الحفاظ على مظهرها التاريخي، واستخدام مكونات السكك القديمة المُستخرجة من الخطوط الرئيسية. استمر مترو أنفاق لندن في استخدام قضبان السكك الحديدية ذات القاعدة المسطحة بعد التخلص التدريجي منها في أماكن أخرى من بريطانيا، ولكن في السنوات الأخيرة، بُذلت جهود حثيثة لاستبدالها بقضبان ذات قاعدة مسطحة. مع ذلك، تُعد عملية استبدال السكك في الأنفاق بطيئة، نظرًا لصعوبة استخدام المعدات والآلات الثقيلة.
سكة حديدية محززة
عند مدّ سكة حديدية على سطح الطريق (الرصيف) أو ضمن أسطح عشبية، يجب توفير مساحة لحافة السكة. ويتم ذلك من خلال فتحة تُسمى مجرى الحافة. تُعرف السكة حينها باسم السكة المخددة أو سكة العارضة . يحتوي مجرى الحافة على رأس السكة من جهة ، والواقي من الجهة الأخرى. لا يتحمل الواقي أي وزن، ولكنه قد يعمل كحاجز أمان.
اخترع ألفونس لوبات ، المخترع الفرنسي الذي طوّر معدات الترام والسكك الحديدية وساهم في إنشاء خطوط الترام في نيويورك وباريس، نظام السكك الحديدية المحززة عام 1852. [ 15 ] مكّن اختراع السكك الحديدية المحززة من مدّ خطوط الترام دون التسبب في إزعاج مستخدمي الطريق الآخرين، باستثناء راكبي الدراجات غير المتوقعين الذين قد تعلق عجلاتهم في الأخاديد. قد تمتلئ الأخاديد بالحصى والأوساخ (خاصةً إذا لم تُستخدم بكثرة أو بعد فترة من التوقف) وتحتاج إلى تنظيف من حين لآخر، ويتم ذلك بواسطة مركبة تنظيف (إما ترام متخصص، أو مركبة صيانة للطرق والسكك الحديدية ). قد يؤدي عدم تنظيف الأخاديد إلى رحلة غير مريحة للركاب، وتلف العجلات أو القضبان، وربما خروج الترام عن القضبان .
حاجز حماية من العوارض
الشكل التقليدي للسكك الحديدية ذات الأخاديد هو قسم حماية العارضة الموضح على اليسار. هذه السكة هي شكل معدل من السكة ذات الحواف، وتتطلب تركيبًا خاصًا لنقل الوزن وتثبيت عرض السكة. إذا كان الوزن يتحمله باطن الطريق، فستكون هناك حاجة إلى روابط فولاذية على فترات منتظمة للحفاظ على عرض السكة. يتطلب تركيب هذه الروابط حفر السطح بالكامل وإعادة بنائه.
سكة حديدية
يُعدّ حاجز الأمان ذو المقطع العرضي المنخفض شكلاً من أشكال حواجز الأمان للجسور، حيث يتم فيه إزالة الجزء العريض. ويشبه شكله الخارجي حاجز أمان الجسر الصلب، مع إضافة مسار حافة وحاجز أمان. إن إزالة الجزء العريض ودمج الجزء العلوي مباشرةً مع الجزء السفلي سيؤدي إلى حاجز ضعيف، لذا يلزم زيادة سماكة الجزء المدمج. [ 16 ]
يُعدّ سكة LR55 [ 17 ] نموذجًا حديثًا لسكك حديدية ذات كتلة مُخفّضة الوزن، وهي عبارة عن سكة مصنوعة من مادة البولي يوريثان المحقونة في عارضة خرسانية مُسبقة الصنع. ويمكن تركيبها في أخاديد خندق محفورة في طبقة الأسفلت الموجودة لسكك حديدية خفيفة (الترام).
أوزان وأحجام القضبان
يُعد وزن القضيب لكل وحدة طول عاملاً مهماً في تحديد قوة القضيب وبالتالي أحمال المحاور والسرعات.
تُقاس الأوزان بالرطل لكل ياردة ( وحدات إمبراطورية في كندا والولايات المتحدة ) وبالكيلوغرام لكل متر ( وحدات مترية في المملكة المتحدة وأوروبا القارية وأستراليا ) . 1 كجم/م يساوي 2.0159 رطل/ياردة .
في مصطلحات السكك الحديدية، يعتبر مصطلح "باوند" كناية عن التعبير "باوند لكل ياردة" ، وبالتالي فإن سكة حديدية وزنها 132 باوند تعني سكة حديدية وزنها 132 باوند لكل ياردة.
أوروبا
تُصنع القضبان بأحجام مختلفة عديدة. ومن بين الأحجام الشائعة للقضبان في أوروبا ما يلي:
- 40 كجم/م (81 رطل/ياردة مربعة)
- 50 كجم/م (101 رطل/ياردة)
- 54 كجم/م (109 رطل/ياردة)
- 56 كجم/م (113 رطل/ياردة مربعة)
- 60 كجم/م (121 رطل/ياردة مربعة)
في دول الاتحاد السوفيتي السابق ، شاع استخدام قضبان السكك الحديدية بوزن 65 كجم/م (131 رطل/ياردة) و 75 كجم/م (151 رطل/ياردة) (غير المعالجة حرارياً). كما استُخدمت قضبان السكك الحديدية المعالجة حرارياً بوزن 75 كجم/م (151 رطل/ياردة) في خطوط السكك الحديدية الثقيلة مثل خط بايكال-أمور الرئيسي ، إلا أنها أثبتت قصورها في التشغيل، وتم رفضها في الغالب لصالح قضبان بوزن 65 كجم/م (131 رطل/ياردة) .
تستخدم أنظمة السكك الحديدية عالية السرعة في فرنسا ( TGV ) وألمانيا ( ICE ) قضبانًا بوزن 60 كجم/م (121 رطل/ياردة) . [ 18 ]
أمريكا الشمالية
حددت الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) في عام 1893 مواصفات قضبان السكك الحديدية بزيادات قدرها 2.5 كجم/م ( 5 أرطال/ياردة) من 40 إلى 100 رطل/ياردة (19.8 إلى 49.6 كجم/م) . [ 19 ] وكان ارتفاع القضيب مساويًا لعرض قاعدته لكل وزن من أوزان قضبان ASCE على شكل حرف T؛ وحددت المواصفات نسبًا ثابتة للوزن في الرأس والشبكة والقاعدة بنسبة 42% و21% و37% على التوالي. وكان مقطع ASCE بوزن 44.6 كجم/م (90 رطل/ياردة) مناسبًا؛ لكن الأوزان الأثقل كانت أقل كفاءة. وفي عام 1909، حددت جمعية السكك الحديدية الأمريكية (ARA) مواصفات قياسية بزيادات قدرها 4.96 كجم/م (10 أرطال/ياردة ) من 60 إلى 100 رطل/ياردة (29.8 إلى 49.6 كجم/م) . حددت الجمعية الأمريكية لهندسة السكك الحديدية (AREA) معايير قياسية لقضبان السكك الحديدية بوزن 100 رطل/ياردة (49.6 كجم/م) ، و 110 رطل/ياردة (54.6 كجم/م) ، و 120 رطل/ياردة (59.5 كجم/م) في عام 1919، ولقضبان بوزن 130 رطل/ياردة (64.5 كجم/م) ، و 140 رطل/ياردة (69.4 كجم/م) في عام 1920، ولقضبان بوزن 150 رطل/ياردة (74.4 كجم/م) في عام 1924. وكان التوجه السائد هو زيادة نسبة ارتفاع القضيب إلى عرض قاعدته، وتقوية جدار القضيب. وتم التغلب على عيوب القاعدة الضيقة باستخدام ألواح الربط . وخفضت توصيات AREA الوزن النسبي لرأس القضيب إلى 36%، بينما خفضت المعايير البديلة وزن الرأس إلى 33% في القضبان ذات الوزن الأثقل. كما انصبّ الاهتمام على تحسين أنصاف أقطار الحواف لتقليل تركيز الإجهاد عند نقطة اتصال الشبكة بالرأس. أوصت جمعية مهندسي السكك الحديدية الأمريكية (AREA) باستخدام مقطع ARA 90 رطل/ياردة (44.6 كجم/م) . [ 20 ] وظلت قضبان ASCE القديمة ذات الوزن الأخف قيد الاستخدام، ولبت الطلب المحدود على السكك الحديدية الخفيفة لعدة عقود. اندمجت AREA مع الجمعية الأمريكية لهندسة وصيانة السكك الحديدية في عام 1997. [ 21 ]
بحلول منتصف القرن العشرين، كان معظم إنتاج السكك الحديدية متوسط الثقل ( من 112 إلى 119 رطل/ياردة أو من 55.6 إلى 59.0 كجم/م ) وثقيل ( من 127 إلى 140 رطل/ياردة أو من 63.0 إلى 69.4 كجم/م ). [ 22 ] تُستخدم القضبان التي يقل وزنها عن 100 رطل/ياردة (49.6 كجم/م) عادةً لنقل البضائع الخفيفة، أو للسكك الحديدية قليلة الاستخدام، أو للسكك الحديدية الخفيفة . أما السكك الحديدية التي يتراوح وزنها بين 100 و120 رطل/ياردة (49.6 إلى 59.5 كجم/م) فتُستخدم لخطوط الشحن الفرعية منخفضة السرعة أو لخطوط النقل السريع . [ 23 ] عادةً ما تُبنى خطوط السكك الحديدية الرئيسية باستخدام قضبان وزنها 130 رطل/ياردة (64.5 كجم/م) أو أثقل. تتضمن بعض أحجام السكك الحديدية الشائعة في أمريكا الشمالية ما يلي: [ 24 ]
- 75 رطل/ياردة مربعة (37.2 كجم/م) (ASCE)
- 80 رطل/ياردة (39.7 كجم/م) (دودلي) سكة حديد نيويورك المركزية
- 85 رطل/ياردة مربعة (42.2 كجم/م) (ASCE)
- 90 رطل/ياردة مربعة (44.6 كجم/م) (ARA)
- 100 رطل/ياردة مربعة (49.6 كجم/م) (مساحة)
- 105 رطل/ياردة (52.1 كجم/م) (دودلي) سكة حديد نيويورك المركزية
- 112 رطل/ياردة (55.6 كجم/م) ( KCSC )
- 115 رطل/ياردة مربعة (57.0 كجم/م) (مساحة)
- 119 رطل/ياردة مربعة (59.0 كجم/م) من شركة كولورادو للوقود والحديد
- 127 رطل/ياردة (63.0 كجم/م) (دودلي) سكة حديد نيويورك المركزية
- 132 رطل/ياردة مربعة (65.5 كجم/م) (مساحة)
- 133 رطل/ياردة مربعة (66.0 كجم/م) (مساحة)
- 136 رطل/ياردة مربعة (67.5 كجم/م) وقود وحديد كولورادو
- 140 رطل/ياردة مربعة (69.4 كجم/م) (مساحة)
- 141 رطل/ياردة (69.9 كجم/م) (من إنتاج شركة نيبون (اليابان))
- 155 رطل/ياردة (76.9 كجم/م) (لم يعد يُنتج) سكة حديد بنسلفانيا
قضبان الرافعة
تتضمن بعض أحجام قضبان الرافعات الشائعة في أمريكا الشمالية ما يلي:
- 12 رطل/ياردة (5.95 كجم/م)
- 20 رطل/ياردة مربعة (9.9 كجم/م)
- 25 رطل/ياردة مربعة (12.4 كجم/م)
- 30 رطل/ياردة مربعة (14.9 كجم/م)
- 40 رطل/ياردة مربعة (19.8 كجم/م)
- 60 رطل/ياردة مربعة (29.8 كجم/م)
- 80 رطل/ياردة مربعة (39.7 كجم/م)
- 85 رطل/ياردة مربعة (42.2 كجم/م)
- 104 رطل/ياردة (51.6 كجم/م)
- 105 رطل/ياردة مربعة (52.1 كجم/م)
- 135 رطل/ياردة (67 كجم/م)
- 171 رطل/ياردة (84.8 كجم/م)
- 175 رطل/ياردة (86.8 كجم/م)
أستراليا
تتضمن بعض أحجام السكك الحديدية الأسترالية الشائعة ما يلي:
- 30 كجم/م (60 رطل/ياردة مربعة)
- 36 كجم/م (73 رطل/ياردة مربعة)
- 40 كجم/م (81 رطل/ياردة مربعة)
- 47 كجم/م (95 رطل/ياردة مربعة)
- 50 كجم/م (101 رطل/ياردة)
- 53 كجم/م (107 رطل/ياردة)
- 60 كجم/م (121 رطل/ياردة مربعة)
- 68 كجم/م (137 رطل/ياردة مربعة)
- تُستخدم قضبان بوزن 68 كجم/م (137 رطل/ياردة) على خطوط السكك الحديدية لنقل خام الحديد الثقيل في شمال غرب ولاية غرب أستراليا . [ 25 ]
- تعتبر 50 كجم/م و 60 كجم/م هي المعيار الحالي على الخطوط الرئيسية في أماكن أخرى، على الرغم من أن بعض الأحجام الأخرى لا تزال تُصنع. [ 26 ]
أطوال القضبان
تشمل التطورات في أطوال قضبان السكك الحديدية المنتجة بواسطة مصانع الدرفلة ما يلي:
- 1825: 15 قدمًا (4.6 متر) سكة حديد ستوكتون ودارلينجتون 5.6 رطل/ياردة (2.78 كجم/متر)
- 1830: سكة حديد ليفربول ومانشستر بطول 15 قدمًا (4.6 متر)، وقضبان بوزن 35 رطلًا/ياردة (17.4 كجم/متر) على شكل بطن السمكة
- 1850: 39 قدمًا (11.9 مترًا) في الولايات المتحدة، لتناسب عربات الجندول التي يبلغ طولها 40 قدمًا (12.2 مترًا).
- 1895: 60 قدمًا (18.3 مترًا) سكة حديد لندن والشمال الغربي (المملكة المتحدة) - أربع مرات 15 قدمًا (4.6 مترًا) ومرتين 30 قدمًا (9.1 مترًا)
- 2003: 709 قدم (216 متر) (قطار توصيل السكك الحديدية Railtrack (المملكة المتحدة) [ 27 ]
- 2010: 853.0 قدم (260 م) مصنع بهيلاي للصلب ، الهند - أربع مرات 213 قدم (65 م) ومرتين 430 قدم (130 م) [ 28 ]
- 2016: 430 قدمًا (130 مترًا) في مصنع بهيلاي للصلب. [ 28 ]
بدأ استخدام لحام القضبان بأطوال أطول لأول مرة حوالي عام 1893. ويمكن إجراء اللحام في مستودع مركزي أو في الموقع.
- 1895 هانز جولدشميت ، لحام الثرميت [ 29 ]
- 1935 تشارلز كادويل ، لحام الثرميت للمعادن غير الحديدية .
- لحام السكك الحديدية الكهربائي: لحام السكك الحديدية بالوميض أو لحام السكك الحديدية بالحث.
عجلات مخروطية أو أسطوانية
من المعروف منذ زمن طويل أن العجلات والسكك المخروطية ذات الميل المتساوي تتبع المنحنيات بشكل أفضل من العجلات الأسطوانية والسكك العمودية. استخدمت بعض خطوط السكك الحديدية، مثل سكك حديد كوينزلاند، العجلات الأسطوانية لفترة طويلة حتى استدعى ازدياد حركة المرور تغييرها. [ 30 ] تنزلق عجلات الأسطوانات على منحنيات السكة، مما يزيد من الاحتكاك وتآكل كل من السكة والعجلة. على المسارات المستقيمة تمامًا، تتدحرج عجلات الأسطوانات بحرية أكبر ولا تتذبذب. يتم تضييق عرض السكة قليلاً، وتمنع حواف العجلات احتكاكها بالسكك. في الولايات المتحدة، يكون ميل العجلة الجديدة 1:20. ومع تآكل سطح العجلة، يقترب من أن يصبح أسطوانيًا غير منتظم، وعندها يتم ضبط العجلة على مخرطة العجلات أو استبدالها.
المصنعين
- أرسيلورميتال ستيلتون ، الولايات المتحدة
- أرسيلورميتال أوسترافا ، جمهورية التشيك
- أرسيلورميتال خيخون , إسبانيا [ 31 ]
- أرسيلورميتال هوتا كاتوفيتشي ، بولندا
- أرسيلورميتال رودانج , لوكسمبورغ
- شركة بريتيش ستيل ، المملكة المتحدة [ 32 ]
- إيفراز ، بويبلو، كولورادو ، الولايات المتحدة الأمريكية
- إيفراز، روسيا
- شركة JFE للصلب ، اليابان
- كاردمير ، تركيا
- مجموعة ليبرتي ستيل ، وايالا ، أستراليا - المعروفة سابقًا باسم ون ستيل وأريوم
- ميتينفست ، أوكرانيا
- نيبون ستيل ، اليابان
- هيئة الصلب في الهند ، الهند
- شركة ستيل دايناميكس ، الولايات المتحدة الأمريكية
- فوستالبين ، النمسا
الشركات المصنعة المتوقفة عن العمل
- شركة ألغوما للصلب ، كندا
- الحديد والصلب الأسترالي ، أستراليا
- مصنع بارو للصلب ، إنجلترا
- شركة بيت لحم للصلب ، الولايات المتحدة الأمريكية
- Călăraşi لأعمال الصلب ، رومانيا
- مصانع الحديد في دولايس ، ويلز
- شركة لاكاوانا للصلب ، الولايات المتحدة الأمريكية
- شركة سيدني للصلب ، كندا
المعايير
- EN 13674-1 - تطبيقات السكك الحديدية - المسار - السكة - الجزء 1: قضبان سكك حديد فينيول 46 كجم/م فأكثر EN 13674-1
- EN 13674-4 - تطبيقات السكك الحديدية - المسار - السكة - الجزء 4: قضبان سكك حديد فينيول من 27 كجم/م إلى 46 كجم/م (باستثناء EN 13674-4)
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ لويس، إم جيه تي (1970). السكك الحديدية الخشبية المبكرة . لندن: روتليدج. ISBN 9780710066749.
- 1 2 3 بيانكولي ، أنتوني ج. (2002). "الفصل 5 من الحديد المطاوع إلى الحديد العالي". القطارات والتكنولوجيا: السكك الحديدية الأمريكية في القرن التاسع عشر . مطبعة جامعة ديلاوير. ص 85. ISBN 0-87413-802-7.
- ↑ "ما هو خط السكة الحديد؟" . (يتضمن رسمًا توضيحيًا لقطعة من سكة حديدية) . مسارات سابقة. مؤرشف من الأصل في 23 مايو 2011. تم الاطلاع عليه في 1 فبراير 2011 .
- ↑ "أصول شركة باترلي | صندوق ريبلي ومنطقة التراث" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مارس 2023 .
- ↑ لونغريدج، مايكل (1821). مواصفات براءة اختراع جون بيركينشو، لتحسين بناء قضبان الحديد المطاوع، لاستخدامها في خطوط السكك الحديدية؛ مع ملاحظات حول المزايا النسبية لسكك الحديد المصنوعة من المعدن المصبوب والحديد المطاوع . نيوكاسل: إي. ووكر.
- ↑ مارشال، جون (1979). كتاب غينيس لحقائق وإنجازات السكك الحديدية . موسوعة غينيس للأرقام القياسية. ISBN 0-900424-56-7.
- ↑ هاي، ويليام و. (16 يناير 1991). "24" . هندسة السكك الحديدية . المجلد 1. جون وايلي وأولاده. الصفحات 484-485 . ISBN 9780471364009.
- ↑ أبِت، روبرت و. (1956). الممارسة الهندسية المدنية الأمريكية . المجلد الأول. جون وايلي وأولاده.
- ↑ واتكينز، جون إلفريث (1891). تطور السكك الحديدية والمسارات الأمريكية . واشنطن: مكتب الطباعة الحكومي. ص 673.
- ↑ فون شرينك، هيرمان (1904). أشكال الربط العرضي وتثبيتات السكك الحديدية مع إشارة خاصة إلى الأخشاب المعالجة . وزارة الزراعة الأمريكية. ص 37.
- ↑ رانسوم، بي جي جي (1990). السكك الحديدية الفيكتورية وكيف تطورت . لندن: هاينمان.
- 1 2 داو، أندرو (30 أكتوبر 2014). السكك الحديدية: المسار البريطاني منذ عام 1804. وارنكليف. ص 148-154 .
- ↑ كوك، بي دبليو سي، محرر. (يونيو 1954). "برنامج تجديد خطوط السكك الحديدية البريطانية". مجلة السكك الحديدية . المجلد 100، العدد 638. ويستمنستر: مطبعة توثيل. ص 433.
- ↑ "دليل موظفي صيانة السكك الحديدية" . علامات السكك الحديدية . 1958. مؤرشف من الأصل في 23 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه في 13 سبتمبر 2010 .
- ↑ جيمس إي. فانس (1990). استشراف الأفق: الجغرافيا التاريخية للنقل منذ القرن السادس عشر . مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ص 359. ISBN 978-0-8018-4012-8.
- ↑ "سكك حديدية ذات أخاديد أو عوارض" . مؤرشف من الأصل في 4 أكتوبر 2013.
- ↑ "مسار LR55" . Trampower.co.uk . 2019. تم الاطلاع عليه في 6 يوليو 2026 .
- ↑ "حول وزن وطول قضبان السكك الحديدية" . مجموعة AGICO . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 نوفمبر 2025 .
- ↑ الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين؛ المؤتمر الدولي للهندسة (1893 : شيكاغو، إلينوي)؛ المؤتمر الدولي للهندسة (1904 : سانت لويس، ميزوري) (1916). وقائع الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين . نيويورك: جيرستين - جامعة تورنتو https://archive.org/details/transactionsengi28amer
{{cite journal}}: مفقود أو فارغ|title=( مساعدة ) صيانة CS1: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( رابط ) - ↑ ريموند، ويليام ج. (1937). عناصر هندسة السكك الحديدية ( الطبعة الخامسة). جون وايلي وأولاده.
- ↑ "AREMA" . الرابطة الأمريكية لهندسة وصيانة السكك الحديدية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 يوليو 2026 .
- ↑ أوركهارت، ليونارد تشيرش، محرر. (1959). دليل الهندسة المدنية ( الطبعة الرابعة). شركة ماكجرو هيل للنشر. ص 2-33. LCCN 58011195. OL 6249673M .
- ↑ أبِت، روبرت و .؛ هاي، ويليام و. (1956). الممارسة الأمريكية للهندسة المدنية . المجلد الأول. نيويورك: جون وايلي وأولاده . ص 6-26.
- ↑ أوركهارت، ليونارد تشيرش، محرر. (1959). دليل الهندسة المدنية ( الطبعة الرابعة). شركة ماكجرو هيل للنشر. LCCN 58011195. OL 6249673M .
- ↑ "خط شحن هامرسلي" . تكنولوجيا السكك الحديدية . حلول التسويق العالمية للبيانات. 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 سبتمبر 2024 .
- ↑ هاغارتي، د.د. (فبراير 1999). "تاريخ موجز لخطوط السكك الحديدية في أستراليا - 1 نيو ساوث ويلز - التاريخ والتعريف". نشرة الجمعية التاريخية للسكك الحديدية الأسترالية . 50 (736): 55.
- ↑ "إطار عمل تنفيذ مشاريع السكك الحديدية - مجموعة VGC" . vgcgroup.co.uk . مؤرشف من الأصل بتاريخ 4 مايو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مايو 2018 .
- 1 2 داس، ر. كريشنا (30 نوفمبر 2016). "شركة SAIL-BSP تبدأ إنتاج أطول سكة حديدية قطعة واحدة في العالم" . صحيفة بزنس ستاندرد إنديا . مؤرشف من الأصل في 16 أكتوبر 2017. تم الاطلاع عليه في 4 مايو 2018 - عبر بزنس ستاندرد.
- ↑ ليونزديل، سي بي. "لحام قضبان السكك الحديدية بالثرميت: التاريخ، وتطورات العملية، والممارسات الحالية، وتوقعات القرن الحادي والعشرين" (ملف PDF) . وقائع المؤتمرات السنوية لجمعية مصنعي ومهندسي السكك الحديدية الأسترالية (AREMA) لعام 1999. مختبر الخدمات الفنية لشركة كونريل . تاريخ الاطلاع: 5 أبريل 2013 .
- ↑ إنفورميت - آر إم آي تي للتدريب المحدودة (21 أغسطس 1989). "تطوير واختبار تصميمات محسّنة لعجلات سكك حديد كوينزلاند" . المؤتمر الدولي الرابع للسكك الحديدية الثقيلة 1989: السكك الحديدية في العمل؛ أوراق بحثية أولية، الصفحات : 341-351 .
- ↑ «شركة أرسيلورميتال تصنع قضبان سكك حديدية تُستخدم في جميع أنحاء العالم» . أرسيلورميتال. مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 نوفمبر 2012 .
- ↑ "إحياء علامة الصلب البريطانية" . جريدة السكك الحديدية الدولية . مؤرشف من الأصل في 17 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه في 29 يوليو 2016 .
روابط خارجية
- إعادة دائمة
- تقنيات السكك الحديدية
- الفولاذ الإنشائي